(57)【要約】  本発明は、ニアアイ・ディスプレイ装置用の光ガイド（１）に関するものであり、光入力ゾーンを有する第１のガイド素子（６）と、出力ゾーンを有する第２のガイド素子（７）であって、第１のガイド素子（６）が重畳する第２のガイド素子（７）と、第１のガイド素子（６）と第２のガイド素子（７）間の光結合システムとを備えることを特徴とし、第１および第２のガイド素子（６，７）は、それらの長さの第１の部分にわたって、ガイド素子（６，７）の第１の長手方向端部と光結合システムの間に伸びる前記ガイド素子（６，７）の間に空気の薄い層を画定するように、相互間隔を有すること、そして光結合システムは、第１および第２のガイド素子（６，７）の第２の長手方向端部に設置され、光線を入力ゾーンから出力ゾーンの方へ伝播するための光反射部材と関連した前記ガイド素子（６，７）の一体成形部分を備えることを特徴とする。
2019509508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニアアイ・ディスプレイ装置用の光ガイド（１）であって、
光線をそこに入射するために入力ゾーンを有する第１のガイド素子（６）と、
前記光線をそこから取り出すために出力ゾーンを有する第２のガイド素子（７）であって、前記第１のガイド素子（６）により重畳される第２のガイド素子（７）と、
前記第１のガイド素子（６）と前記第２のガイド素子（７）間の光結合システムと、
を備える光ガイド（１）において、
前記第１および第２のガイド素子（６，７）は、それらの長さの第１の部分にわたって、前記第１および第２のガイド素子（６，７）の第１の長手方向端部と前記光結合システムの間に伸びる前記第１および第２のガイド素子（６，７）の間に空気の薄い層を画定するように、相互間隔（９）を有し、
前記光結合システムは、前記第１および第２のガイド素子（６，７）の第２の長手方向端部に設置され、前記光線を前記入力ゾーンから前記出力ゾーンの方へ伝播するための光反射部材（１０）と関連した、前記第１および第２のガイド素子（６，７）の一体成形部分（１ｂ）を備えることを特徴とする光ガイド（１）。
【請求項２】
前記第１および第２のガイド素子（６、７）間の前記相互間隔（９）は、０．１ｍｍと０．２ｍｍの間に含まれる厚みｅを有することを特徴とする請求項１に記載の光ガイド（１）。
【請求項３】
前記第１のガイド素子（６）は、傾斜面（１ａ）の形で、その第１の自由長手方向端部に前記入力ゾーンを有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項４】
前記出力ゾーンは、少なくとも１つの引き出しミラー（１１）を含む光取り出しシステムを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項５】
前記出力ゾーンは、引き出しガイドを構成する、一連のいくつかの半反射性引き出しミラー（１１）を含む光取り出しシステムを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項６】
前記第２のガイド素子（７）は、関係：ｅ２＝ｅ１×（ｔａｎβ／ｔａｎα）によって前記第１のガイド素子（６）の厚みｅ１に関連づけられる厚みｅ２を有し、αおよびβは、それぞれ、前記第１のガイド素子（６）に入射する前記光線の最小および最大の入射角であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項７】
前記第１のガイド素子（６）および前記第２のガイド素子（７）は、４０ｍｍと５０ｍｍの間に含まれる長さを有し、前記第１および第２のガイド素子（６、７）の幅は同一であって、３５ｍｍと４５ｍｍの間に含まれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項８】
４ｍｍと７ｍｍの間に含まれる厚みｅ３を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項９】
前記第１および第２のガイド素子（６、７）は、ＰＭＭＡタイプの同じ成分材料によって作られることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項１０】
前記光反射部材（１０）は、前記一体成形部分（１ｂ）の自由端に円筒形状で配置される微小反射体（１０ｂ）で構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項１１】
前記微小反射体（１０ｂ）は、前記一体成形部分（１ｂ）の前記自由端に円筒形状で作られる金属被覆された鋸歯状形（１０ｂ）であることを特徴とする請求項１０に記載の光ガイド（１）。
【請求項１２】
前記光反射部材（１０）は、前記一体成形部分（１ｂ）の自由端をカバーする円筒形ミラー（１０ａ）であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ガイド（１）。
【請求項１３】
光ニアアイ・ディスプレイ・システムであって、
請求項１２に記載の光ガイド（１）と、
光を前記光ガイド（１）に入射する光入射システム（３）であって、点光源を提供するために超小型ディスプレイ（４）を含み、前記光ガイド（１）において、所与の方向ｙにおいて平行であって、前記方向ｙに対して直角の平面ｘｚにおいて収束性である光線を得ることを可能にする光入射システム（３）と、
を備える光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項１４】
前記光入射システム（３）は、平面ｙｘに対して直角の平面ｚｘにおいて、前記円筒形ミラー（１０ａ）から実質的に焦点距離に位置する湾曲した焦点面に各光線を集束するための最適化部材を含むことを特徴とする請求項１３に記載の光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項１５】
前記光入射システム（３）は、３つの自由な形の光学面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）および平面ミラー（４ａ）を有する２つのレンズ（５ａ、５ｂ）を備えることを特徴とする請求項１４に記載の光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項１６】
前記光入射システム（３）は、２つの自由な形のミラー（Ｓ９、Ｓ１０）ならびに自由な形の光学面を有する１つのレンズ（５ｄ）および球形レンズ（５ｅ）を備えることを特徴とする請求項１４に記載の光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項１７】
前記光入射システム（３）は、４つの自由な形の光学面（Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）を有する一体成形の自由な形のプリズム（３ｂ）であって、そのうちの２つ（Ｓ５、Ｓ８）は伝送で動作し、その一方で他の２つ（Ｓ７、Ｓ６）は反射で動作するプリズム（３ｂ）と、自由な形の光学面（Ｓ４）を有するレンズ（５ｃ）とを備えることを特徴とする請求項１４に記載の光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項１８】
光ニアアイ・ディスプレイ・システムであって、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光ガイド（１）と、
点光源を提供するために超小型ディスプレイ（４）を備える光入射システム（３）であって、前記光ガイド（１）において、平行光線を得ることを可能にする光入射システム（３）と、
６つの非球形光学面を有するように構成される３つの非球形レンズ（５ｆ、５ｇ、５ｉ）および１つの球形レンズ（５ｈ）と、
を備える光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項１９】
回転対称を有する前記非球形レンズは、それらの少なくとも１つが他のレンズの成分材料と異なる成分材料によって作られることを特徴とする請求項１８に記載の光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項２０】
光ニアアイ・ディスプレイ・システムであって、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光ガイド（１）と、
点光源を提供するために超小型ディスプレイ（４）を備える光入射システム（３）であって、前記光ガイド（１）において、平行光線を得ることを可能にする光入射システム（３）と、
８つの球形レンズ（５ｊ、５ｋ、５ｌの，５ｍ、５ｎ、５ｏ、５ｐ、５ｑ）と、
を備える光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項２１】
回転対称を有する前記球形レンズは、光学ガラスまたは光学ガラスとプラスチック／ポリマーの組合せから作られることを特徴とする請求項２０に記載の光ニアアイ・ディスプレイ・システム。
【請求項２２】
請求項１３〜２１のいずれか一項に記載の光ニアアイ・ディスプレイ・システムを組み込むことを特徴とする仮想または拡張現実ヘッドセットまたは眼鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想または拡張現実において使用する光デバイスおよび／またはシステムの一般的な技術分野に関する。本発明は、詳細には、医学分野、教育文化分野、およびゲーム分野に関する。本発明は、詳細には、ナビゲーション、安全、輸送、および工業用プロトタイピングシステムに適用できる。
【０００２】
本発明による光システムは、可視領域で、すべての多色またはモノクロの光で動作する。
【０００３】
本発明は、より詳細には、ヘルメットまたは特別な眼鏡のようなニアアイ・ディスプレイ（ＮＥＤ）を有する器材、アクセサリ、または他の器具において使用する光ガイドに関する。
【背景技術】
【０００４】
周知のニアアイ・ディスプレイ装置、特に戸外の光線の伝播を伴うそれらには、無視できない欠点がある。実際、これらの装置で使用するミラーは大きく、従って前記装置の容積を増加させる原因となる。これらの装置の重量も欠点である。この種の装置は、特許文献１または特許文献２に詳細に記載されている。
【０００５】
特許文献３も、重畳ガイド素子を備えた光ガイドを教示している。薄板状ガイド素子は、それらの面の１つによって接触して、それらの長さの少なくとも一部の半反射性コーティングによって分離する。半反射性コーティングの正確な位置決めは、この種の光ガイドの製造を複雑且つ高コストにする。さらにまた、２つのガイド素子の接触するアセンブリは、光ガイドが完全に機能することを保証するために、寸法の不規則またはエアポケットがあってはならない。
【０００６】
この種の光ガイドによって伝播する光信号が蒙る損失を制御することも困難である。
【０００７】
周知の光システム、特にこの種の光ガイドを含むそれらは、少なくとも一つの方向における限られた視野、通常は２６度（水平方向）×２０度（垂直方向）の視野をしばしば獲得する。これは、非常の多くの場合それらの使用分野において大きな欠点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２１２４００（Ａ１）号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２９４１７８６（Ａ１）号明細書
【特許文献３】仏国特許第２９８３９７６号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、従って、従来技術の欠点を補い、視野を実質的に広げることを可能にする新規な光ガイドを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の別の目的は、よりコンパクトでより軽い新規な光ガイドを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、アイボックスの寸法を増加させることである。定義上、「アイボックス」と呼ばれるゾーンは、受け入れ可能な検出が保証されるユーザの目の運動ゾーンである。「アイボックス」と呼ばれるこのゾーンの寸法は、例示の実施形態に応じて変化する。
【００１２】
本発明に与えられる目的は、
光線をそこに入射するために入力ゾーンを有する第１のガイド素子と、
光線をそこから取り出す出力ゾーンを有する第２のガイド素子であって、第１のガイド素子により重畳される第２のガイド素子と、
第１のガイド素子と第２のガイド素子間の光結合システムと、
を備えて、
第１および第２のガイド素子は、それらの長さの第１の部分にわたって、ガイド素子の第１の長手方向端部と光結合システムの間に伸びる前記ガイド素子の間に空気の薄い層を画定するように、相互間隔を有することと、
光結合システムは、第１および第２のガイド素子の第２の長手方向端部に設置され、光線を入力ゾーンから出力ゾーンの方へ伝播するための光反射部材と関連した、前記ガイド素子の一体成形部分を備えることと、
を特徴とするニアアイ・ディスプレイ装置用の光ガイドを使用して達成される。
【００１３】
本発明による光ガイドの１つの好ましい例示の実施形態によれば、ガイド素子間の間隔は、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚みｅを有する。
【００１４】
本発明による光ガイドの１つの例示の実施形態によれば、第１のガイド素子は、傾斜面の形で、その第１の自由長手方向端部に入力ゾーンを有する。
【００１５】
本発明による光ガイドの１つの例示の実施形態によれば、出力ゾーンは、少なくとも１つの取り出しミラーを含む光取り出しシステムを備えている。
【００１６】
本発明による光ガイドの別の好ましい例示の実施形態によれば、出力ゾーンは、一連のいくつかの半反射性取り出しミラーを含んで、取り出しガイドを形成する光取り出しシステムを備えている。
【００１７】
本発明による光ガイドの１つの好ましい例示の実施形態によれば、第２のガイド素子は、関係：ｅ２＝ｅ１×（ｔａｎβ／ｔａｎα）によって第１のガイド素子の厚みｅ１に関連づけられる厚みｅ２を有し、αおよびβは、それぞれ、第１のガイド素子に入射される光線の最小および最大の入射角である。
【００１８】
本発明による光ガイドの１つの好ましい例示の実施形態によれば、第１のガイド素子および第２のガイド素子は４０ｍｍ〜５０ｍｍの長さを有し、前記ガイド素子の幅は同一であって、３５ｍｍ〜４５ｍｍである。
【００１９】
本発明の１つの例示の実施形態によれば、光ガイドは４ｍｍと７ｍｍの間に含まれる全厚さｅ３を有する。
【００２０】
本発明による光ガイドの１つの例示の実施形態によれば、ガイド素子はＰＭＭＡタイプの同じ成分材料によって作られる。
【００２１】
本発明による光ガイドの１つの例示の実施形態によれば、光反射部材は、上記の部分の自由端に円筒形状で配置される微小反射体で構成されている。
【００２２】
本発明による光ガイドの１つの好ましい例示の実施形態によれば、微小反射体は金属被膜された鋸歯状形であり、それは上記の部分の円筒状自由端に作られる。
【００２３】
本発明による光ガイドの別の例示の実施形態によれば、光反射部材は、上記の部分の円筒状端面をカバーする円筒形ミラーである。
【００２４】
本発明の目的は、光を前記光ガイドに入射するために、上記の光ガイドおよび光入射システムを備える光ニアアイ・ディスプレイ・システムを使用しても達成される。
入射システムは、点光源を提供するために超小型ディスプレイを含み、前記入射システムは、ガイドにおいて、所与の方向ｙにおいて平行であって前記方向ｙに対して直交する平面ｘｚにおいて収束性である光線を得ることを可能にする。
【００２５】
本発明による光システムの１つの例示の実施形態によれば、入射システムは、平面ｙｘに対して直交する平面ｚｘにおいて、円筒形ミラーから実質的に焦点距離に位置する、湾曲した焦点面に各光線を集束するための最適化された部材を含む。
【００２６】
別の例示の実施形態によれば、光入射システムは、３つの自由な形の光学面を有する２つのレンズおよび平面ミラーを備える。
【００２７】
別の例示の実施形態によれば、光入射システムは、２つの自由な形のミラーおよび少なくとも１つの自由な形の光学面と球形レンズを有する１つのレンズを備える。
【００２８】
別の例示の実施形態によれば、光入射システムは、４つの自由な形の光学面を有する一体成形の自由な形のプリズム（そのうちの２つは伝送で動作し、その一方で、他の２つは反射で動作する）および自由な形の光学面を有するレンズを備える。
【００２９】
本発明の目的は、上記の光ガイドおよび光入射システムを備える光ニアアイ・ディスプレイ・システムを使用しても達成され、それは、点光源を提供するために超小型ディスプレイ、６つの非球面の光学面を有するように構成される３つの非球形レンズ、および１つの球形レンズを備え、前記入射システムは、ガイドにおいて、平行光線を得ることを可能にする。
【００３０】
１つの例示の実施形態によれば、回転対称を有する非球形レンズは、他のレンズのそれと異なる成分材料でそれらのうちの少なくとも１つのために作られる。
【００３１】
別の例示の実施形態によれば、点光源を提供する超小型ディスプレイおよび８つの球形レンズを備える光入射システムは、ガイドにおいて、平行光線を得ることを可能にする。
【００３２】
回転対称を有する球形レンズは、光学ガラスまたは光学ガラスとプラスチック／ポリマーの組合せから有利に製造される。
【００３３】
これらの最後の２つの実施形態において、本発明による光システムは、第１および第２のガイド素子において平面波で動作するという利点がある。光入射システムは、従って、回転対称を有することができる。さらにまた、光ガイドへの平面波の入射は、光システムを単純化して、そのコストを減らすことを可能にする。
【００３４】
本発明による光システムは、仮想または拡張現実ヘッドセットに有利に組み込まれる。
【００３５】
本発明による光ガイド装置は、非常にコンパクトで軽いという非常に大きい利点も有する。周知の光ガイドのそれと類似の小型性のために、視野は著しく拡張される。
【００３６】
本発明による光ガイドの１つの著しい利点は、広がった視野を得ることにある。実際、空中で表される、得られた最大視野は、水平方向において少なくとも２０度且つ最高４５度、垂直方向において少なくとも４０度且つ最高６０度であり、このように、特に垂直方向において、視野を実質的に且つ予想外に増加させる。
【００３７】
本発明による光システムは、また、ユーザの目の運動ゾーンを増加させて、このように受け入れられる検出を保証することを可能にする。「アイボックス」と呼ばれる、このゾーンは、光取り出しガイドを用いて本発明による例示の実施形態に応じて１５ｍｍ（Ｈ：水平に）×４ｍｍ（Ｖ：垂直に）から１５ｍｍ（Ｈ）×１２ｍｍ（Ｖ）に変化する。
【００３８】
本発明の他の特徴および利点は、図示および非限定的な実施例として提供される添付図面を参照してなされる以下の説明を読むと明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明が関する周知の光ガイドのファミリの一般的な略簡易図である。
【図１ａ】本発明による光ガイドと光入射システムの間の装置例を図式的に示す。
【図１ｂ】本発明による光ガイドと光入射システムの間の装置例を図式的に示す。
【図２ａ】本発明による光ガイドの例示の実施形態を長手方向図で示す。
【図２ｂ】図２ａの光ガイドの上面図である。
【図３】図２ａまたは図２ｂの光ガイドの斜視図である。
【図４ａ】本発明による光ガイドの第１の例示の実施形態の光線の伝播の実施例を平面ｙｘにおいて図式的に示す。
【図４ｂ】本発明による光ガイドの第１の例示の実施形態の光線の伝播の実施例を平面ｚｘにおいて図式的に示す。
【図４ｃ】本発明による光ガイドの第１の例示の実施形態の光線の伝播の実施例をｚｙにおいて図式的に示す。
【図５ａ】平面ｚｘにおいて、異なる点光源からの本発明による光ガイドの光線の伝播の実施例を図式的に示す。
【図５ｂ】平面ｚｘにおいて、異なる点光源からの本発明による光ガイドの光線の伝播の実施例を図式的に示す。
【図５ｃ】平面ｚｘにおいて、異なる点光源からの本発明による光ガイドの光線の伝播の実施例を図式的に示す。
【図６】図２ａの拡大によって、本発明による光ガイドにおいて伝播する光線の最小および最大の入射角度を図式的に示す。
【図７】特定の光入射システムの例示の実施形態を含む本発明による光システムの実施形態を図式的に示す。
【図８】特定の光入射システムの例示の実施形態を含む本発明による光システムの実施形態を図式的に示す。
【図９】特定の光入射システムの例示の実施形態を含む本発明による光システムの実施形態を図式的に示す。
【図１０】本発明による光ガイドの別の例示の実施形態の部分図である。
【図１１】図１０の拡大詳細図を示す。
【図１２】光入射システムの別の例示の実施形態および図１０の光ガイドを各々含む本発明による光システムの他の実施形態を図式的に示す。
【図１３】光入射システムの別の例示の実施形態および図１０の光ガイドを各々含む本発明による光システムの他の実施形態を図式的に示す。
【図１４ａ】平面ｚｘにおいて、本発明による、そして図１０に示される光ガイドの光線の伝播の実施例を図式的に示す。
【図１４ｂ】平面ｚｘにおいて、本発明による、そして図１０に示される光ガイドの光線の伝播の実施例を図式的に示す。
【図１４ｃ】平面ｚｘにおいて、本発明による、そして図１０に示される光ガイドの光線の伝播の実施例を図式的に示す。
【図１５】本発明による光ガイドに配置した例示の光取り出しシステムまたはガイドの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、本発明による光ガイド１が展開される光ガイドのファミリの一般的原理を図式的に示す。
【００４１】
これらのシステムは、従って、ユーザの目２の方へ光線を輸送する光ガイド１を備える。
【００４２】
光システムは、光線３ａを入力ゾーン１ａを経由して光ガイド１に入射することを可能にする光入射システム３も備える。
【００４３】
入射システム３は、光線を発生する点光源が位置する超小型ディスプレイ４ならびにいくつかの平行光線３ａを光ガイド１に入射することを可能にするコリメート部材５を備える。
【００４４】
図１ａに示される例示の実施形態において、入力ゾーン１ａは、光ガイド１の傾斜ゾーンである。入射システム３による光の入射は、この傾斜面の傾斜に対して適当な角度を選択することにより行われる。
【００４５】
図１ｂに示される例示の実施形態において、入射システム３は、光ガイド１の長手方向の拡張に対して垂直である。光ガイドの入力結合は、光ガイド１の傾斜した金属被覆された面で構成される結合ミラー１を介して得られる。例として、傾斜角度α１およびα２は、ＰＭＭＡタイプの材料に対してそれぞれ４５度および２４度に等しい。光ガイド１に入射される光線は、全反射によって伝播する。
【００４６】
光結合の効率は、図１ａおよび１ｂの両方の例示の実施形態で同一である。大きさの制約だけが、これらの技術的解決策のどちらか一方の使用につながる。
【００４７】
図２ａは、本発明による光ガイド１の例示の実施形態を長手方向側面図で示す。図２ａは、空間ｘｙｚの平面ｘｙにおける図であり、そして図２ｂは、平面ｚｘにおける前記光ガイド１の上面図である。
【００４８】
光ガイド１は、第２のガイド素子７より上に配置される第１のガイド素子６を備える。ガイド素子６および７は、一体成形の薄板状形を有利に有し、そして互いの向かいのそれらのそれぞれの面は、それらの長さの部分をこえて隣接しない。ガイド素子６と７の間の薄い隙間９は、このように空気の薄い層によるインタフェースを生じることを可能にする。
【００４９】
ガイド素子６および７は、光ガイド１の一体成形またはモノブロックの形状を決めるように、物質的な連続を介してそれらの長さＬの相補的部分１ｂを通じて互いに連結している。
【００５０】
光ガイド１はまた、その長手方向端部の１つに光反射部材を含む。後者は、例えば円筒形ミラー１０ａである。
【００５１】
円筒部材１０ａは、このように、相補的部分Ｌによって、第１のガイド素子６と第２のガイド素子７の間に光結合を生じる。光線は、このように、第２のガイド素子７において反対方向へ伝播する前に、第１のガイド素子６においてまず伝播する。しかしながら、どんなことがあっても光線の一部は、両方のガイド素子６および７において、そして同じ伝搬方向に同時に伝播しない。相補的部分１ｂを横断して円筒形ミラー１０ａの内面に反射する光線は、従って、ガイド素子６および７の成分材料に閉じ込められたままで、いかなるインタフェースまたは物質的な不連続をも横断しない。
【００５２】
ガイド素子６は、円筒形ミラー１０を含む端部の反対側のその長手方向端部に、入力ゾーン１ａを含む。後者は、例えば、平面ｘｙに直交して伸びる単一の傾斜面によって作られる。
【００５３】
ガイド素子７は、例えば取り出しミラー１１を含む取り出しゾーンにも組み込まれる。図２ｂに示される例示の実施形態によれば、取り出しゾーンは、光線を目２の方へ向けることを可能にする３つの半反射性取り出しミラー１１のカスケードを含む。
【００５４】
ガイド素子６および７の物質的な連続ゾーンの内側縁部９ａに対応する境界まで伸びる空間９は、前記ガイド素子６と７の間の直接の光結合を回避するのに充分な厚みｅを有利に有する。光の伝播は、従って、各ガイド素子６および７において、それぞれに発生する。空間９の厚みｅは、しかしながら、反射光線が前記空間９に侵入するのを防止する、従って信号損失を回避するのに十分である。
【００５５】
厚みｅは、従って、ガイド素子６と７の間の光結合の出現を回避すると共に、できるだけ小さくなければならない。厚みは、０．１ｍｍと０．２ｍｍの間に有利に含まれる。
【００５６】
例えば図２ｂに示される光ガイド１のこの端部は、その内面がガイド素子６および７の共有長手方向端部と接触する円筒形ミラー１０ａの配置を示す。
【００５７】
図３は、図２ａまたは２ｂの光ガイドの斜視図である。
【００５８】
ガイド素子６および７は、実質的に同じ長さおよび同じ幅を有する薄板状形状を有利に有する。
【００５９】
１つの好ましい例示の実施形態によれば、第２のガイド素子７の厚みｅ２は、第１のガイド素子６の厚みｅ１の２倍にほぼ等しい。
【００６０】
図４ａ、４ｂ、および４ｃは、本発明による光ガイド１における光線の伝播の実施例をそれぞれ平面ｙｘ、ｚｘ、およびｚｙに図式的に示す。
【００６１】
図５ａ、５ｂ、および５ｃは、傾斜平面ミラー４ａと関連した超小型ディスプレイ４に位置するいろいろな点光源からの本発明による光ガイド１における光線の伝播の実施例を平面ｚｘに図式的に示す。図５ａは、中央軸線ｘにほぼ沿って伸びる光線を示す。図５ｂは、中間方向に伸びる光線を示し、そして図５ｃは、最も遠い方向に伸びる光線を示す。
【００６２】
光ガイド１は、仮想または拡張現実ヘッドセットあるいは眼鏡タイプの光ニアアイ・ディスプレイ・システムに有利に組み込まれる。
【００６３】
本発明によるこの種の光ニアアイ・ディスプレイ・システムは、上記の光ガイド１に加えて、光を前記光ガイド１に入射する光入射システム３を備える。入射システム３は、点光源を提供するために超小型ディスプレイ４を含む。入射システム３は、ガイド１において、所与の方向ｙに平行であり平面ｚｘにおいて収束性である光線を得ることを可能にする。
【００６４】
そのためには、入射システム３は、平面ｙｘに対して直角である平面ｚｘにおいて、各光線を湾曲したほぼ球状の焦点面に集束するために、特にレンズタイプの最適化された部材を含む。この焦点面は、中心光線に対して円筒部材１０から焦点距離に、または他の光線に対してこの焦点距離の近くに位置する。最適化は、例えば、レンズの配置および自由な形の光学面タイプの特別な形状の機械加工によって得られる。これは、ガイド素子７を出る光線が平面波の形で完全に平行であることを確実にすることを可能にする。
【００６５】
軸ｚは、従って、視野が本発明に従って実質的に拡張される垂直方向に対応する。
【００６６】
図６は、図２ａの拡大によって、本発明による光ガイド１において伝播する光線の最小αおよび最大βの入射角度を図式的に示す。このように、特にガイド素子６および７の厚みｅ１およびｅ２にそれぞれ基づいて、ガイド素子６および７の共有末端部分１ｂの長さＬを決定できる。このように、第１のガイド素子６の厚みｅ１を発端として、第２のガイド素子７の厚みｅ２と同様に、長さＬの最小値を算出できる。
【００６７】
以下の算出要素は、ガイド素子６および７、ならびに結果的に円筒形ミラー１０ａを除く全ての光ガイド１の成分材料が同一であると仮定する。所与の材料の場合は、内側縁部９ａとミラー１０の間に伸びる部分の長さＬの値は、次式によって与えられる。
【００６８】
Ｌ＝ｅ１／ｔａｎα
【００６９】
長さＬの値は、従って、最小入射角度αに依存する。以下の関係も使われる。
【００７０】
ｅ２＝Ｌ×ｔａｎβ
【００７１】
この条件は、長さＬおよび最大入射角度βの関数として第２のガイド素子７の厚みｅ２を決定する。その結果、次式となる。
【００７２】
ｅ２＝（ｔａｎβ／ｔａｎα）×ｅ１
【００７３】
このようにして、第１のガイド素子６の厚みｅ１の関数として第２のガイド素子７の厚みｅ２を得る。
【００７４】
このように、例えば、ｅ１＝１．５ｍｍ、最小入射角度α＝２８度、そして入射角度β＝４８度である場合、例えばＰＭＭＡ材料に対して、ｅ２＝２．０８×ｅ１、従って約３ｍｍの第２のガイド素子７の厚み、および２．８２ｍｍに等しい長さＬを得る。
【００７５】
本発明による光ガイド１の１つの例示の実施形態によれば、第１のガイド素子６および第２のガイド素子７は、４０ｍｍと５０ｍｍの間に含まれる長さを有し、前記ガイド素子６および７の幅は同一であり、そして３５ｍｍと４５ｍｍの間に含まれる。これらの寸法は、例えば特に眼鏡への統合のために示される。
【００７６】
本発明による１つの好ましい例示の実施形態によれば、光ガイドは４ｍｍと７ｍｍの間に含まれる厚みｅ３を有する。
【００７７】
図７は、光入射システム３が２つのレンズ５ａ、５ｂを含む光システムの実施形態を図式的に示す。後者は、傾斜した平面ミラー４ａと関連した３つの自由な形の光学面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有利に有する。
【００７８】
図８は、光入射システム３が一体成形の自由な形のプリズム３ｂを備える光システムの実施形態を図式的に示す。一方の一体成形の自由な形のプリズム３ｂは、４つの自由な形の光学面Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を有し、そのうちの２つＳ５、Ｓ８は伝送で動作し、その一方で他の２つＳ７、Ｓ６は反射で動作し、そしてレンズ５ｃは自由な形の光学面Ｓ４を有する。
【００７９】
図９に示される１つの例示の実施形態において、光入射システム３は、２つの自由な形のミラーＳ９およびＳ１０ならびに自由な形の光学面を有する１つのレンズ５ｄおよび球形レンズ５ｅを備える。後者は１つまたは２つの球状面を有する。有利なことに、球形レンズ５ｅは、光ガイド１と関連して配置することをより容易にする平面を有する。
【００８０】
レンズ５ｄおよび５ｅは、いろいろな材料を使用して製造される。材料の１つは、例えば、光学ガラスであり、そして他の材料は、例えば、プラスチックまたはポリマーである。このようにして、反射で動作する２つの自由な形の面、伝送で動作する少なくとも１つの自由な形の面、および伝送で動作する１つの球面を得る。
【００８１】
本発明による１つの例示の実施形態において、レンズ５ｄは、自由な形の面および球形レンズ５ｅの球形面に隣接する球形面を有する。後者は、その場合、第２の平面を有する。
【００８２】
本発明による別の例示の実施形態において、レンズ５ｄおよび５ｅは隣接しない。レンズ５ｄは、その場合、自由な形の面を有し、そして球形レンズ５ｅは球形面および平面を有する。
【００８３】
図１０は、本発明による別の光システムにおいて使用する、光ガイド１の別の例示の実施形態の部分図である。この光システムは、円筒形ミラー１０ａが鋸歯１０ｂの形をした微小反射体と置き換えられる光入射システム３を備える。図１１に更に詳細に示される後者は、０．２ｍｍと１ｍｍの間に含まれる高さｈを有利に有して、４２．８ｍｍの半径を有する円筒状配置で配置される。この種の鋸歯を有利に形成する２つの連続した面は、８９．８度と９０．２度の間に含まれる、好ましくは９０度に等しい相互角度を有する。
【００８４】
光反射部材は、従って、部分１ｂの自由端に円筒形状により配置される微小反射体１０ｂから構成される。鋸歯の形をした微小反射体１０ｂは、有利に金属被覆化されて、成形かまたは機械加工によって部分１ｂの円筒状自由端に作られる。
【００８５】
図１０および１１に示される光反射部材のこの構成の場合は、本発明による光システムは、例えば、図１２または１３に示される光入射システム３を備える。
【００８６】
図１２に示される例示の実施形態において、点光源を提供するために超小型ディスプレイ４を備える光入射システム３は、６つの非球面の光学面を有するように構成される３つの非球形レンズ５ｆ、５ｇ、５ｉおよび少なくとも１つの球面を有する球形レンズ５ｈも備える。
【００８７】
非球形レンズ５ｆ、５ｇ、５ｉおよび球形レンズ５ｈは、回転対称を有して、それらのうちの少なくとも１つには、他のレンズと異なる成分材料で作られる。
【００８８】
図１３に示される例示の実施形態において、点光源を提供するために超小型ディスプレイ４を備える光入射システム３は、８つの球形レンズ５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎ、５ｏ、５ｐ、５ｑも備える。
【００８９】
球形レンズ５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎ、５ｏ、５ｐ、５ｑは、従って、回転対称を有して、少なくとも１つのレンズが他のレンズのそれと異なる成分材料によって作られるアセンブリを製作するように、光学ガラスまたは光学ガラスとプラスチック／ポリマーの組合せから有利に作られる。
【００９０】
図１４ａ、１４ｂ、および１４ｃは、本発明による光学ガイド１における、そして特に図１０、１２、および１３に示される平面波の形の光線の伝播の実施例を、平面ｚｘにおいて図式的に示す。
【００９１】
図１５は、本発明による光ガイド１に配置される光取り出しシステムまたはガイドの拡大図である。取り出しガイドは、一連の半反射性ミラー１１で有利に構成される。
【００９２】
本発明は、もちろん、前述されてさまざまな図に示された好ましい実施形態に限られておらず、当業者は、それに対するいかなる変更態様も作り、そして請求項により定義される本発明の範囲またはフレームワークを越えることなしに他の変形例を思いつくことが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  光ガイド
２  目
３  光入射システム
４  超小型ディスプレイ
５  コリメート部材
６  第１のガイド素子
７  第２のガイド素子
９  空間
１０  ミラー
１１  ミラー
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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